旋转列车气流的大涡模拟
二维大涡模拟步骤
二维大涡模拟步骤二维大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）是一种基于Navier-Stokes方程的数值模拟方法，用于研究流体力学中的湍流现象。
它是在雷诺平均湍流模拟（Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS）的基础上发展起来的一种高精度模拟方法。
下面将详细介绍二维大涡模拟的步骤。
1.定义几何模型：首先需要定义流动的几何模型，包括计算域的形状和尺寸以及边界条件。
对于二维大涡模拟，计算域通常是一个二维平面。
边界条件可以是速度入口、压力出口或壁面，这些条件将在模拟过程中保持不变。
2.网格划分：将计算域划分为离散的小单元，形成计算网格。
网格的划分需要根据流动的复杂程度和几何形状进行调整，以确保模拟结果的精度。
在二维大涡模拟中，通常采用结构化网格或非结构化网格。
3.初始化：在模拟开始之前，需要对流体的初始状态进行初始化。
这包括设置流体的初始速度场和压力场。
对于具体的问题，初始条件可以使用已有的实验数据或理论结果进行设定。
4. 求解Navier-Stokes方程：二维大涡模拟是基于Navier-Stokes方程进行求解的。
该方程描述了流体速度和压力随时间和位置的变化关系。
通过用有限体积或有限差分等数值方法离散化Navier-Stokes方程，可以得到一个离散的代数方程组。
5.大涡模拟模型：在LES中，大尺度涡旋由数值模拟解决，而小尺度涡旋则采用传统的湍流模型进行处理。
LES使用了一个滤波器来将流动场分解为大尺度和小尺度的成分。
对于大尺度成分，可以通过直接数值模拟来解决；而对于小尺度成分，可以采用传统的湍流模型，如k-ε模型或k-ω模型。
在大涡模拟模型中，需要确定滤波器的类型和大小。
6. 时间步进：通过将时间离散化为一系列离散时间步长，可以在每个时间步长内求解Navier-Stokes方程。
时间步长的选择要满足稳定性和精度的要求。
通常可以通过在计算过程中进行数值稳定性和收敛性分析来确定最佳的时间步长。
科学网大涡模拟
科学网大涡模拟大涡模拟（LES）基本思想是：紊流的流动是由许多大小不同尺度的旋涡组成，大尺度的涡对平均流动影响较大，各种变量的紊流扩散、热量、质量和能量的交换以及雷诺应力的产生都是通过大尺度的涡来实现的，而小尺度的涡主要对耗散起作用，通过耗散脉动来影响各种变量。
因而大涡模拟是把包括脉动运动在内的湍流瞬时运动通过某种滤波方法分解成大尺度涡和小尺度涡两部分，大尺度涡通过N-S方程直接求解，小尺度涡通过亚网格尺度模型，建立与大尺度涡的关系对其进行模拟。
数值实验证明雷诺时均方法在模拟复杂流动现象如涡脱落、浮力影响、流线弯曲、旋转和压缩运动时会遇到难以克服的困难，对台阶后回流长度的预测总是偏大等，而LES在复杂流动的模拟中可以得到很多雷诺时均方法无法获得的紊流运动的细微结构和流动图像。
与雷诺平均模型相比，大涡数值模拟的亚格子模型具有较大的普适性。
湍流大涡数值模拟方法中需要封闭的量是亚格子应力，它和大尺度脉动的相关微弱。
亚格子应力是不可解小尺度脉动和可解尺度之间的动量交换，它和强烈依赖于流动边界的大尺度脉动相关性很小，因此合理的亚格子模型将有较大的普适性。
湍流大涡数值模拟可以获得流动的动态特性，而雷诺平均模型只能提供定常的气动力特性。
湍流大涡数值模拟的解包含大于过滤尺度的所有脉动，由此可以获得速度谱以及气动力谱等,这些动态气动力特性对于近代航天器设计是十分重要的。
说一下对壁面的模拟，如果选的网格尺度较小，可以模拟出壁面涡的生成，目前国内对LES研究较多的是清华和南航，我试了我们这儿仅两个cpu的服务器就能算200万的网格。
这儿向大家推荐一篇文章，可能有人已经看过，我相信不管大家做哪个方向，只要是做湍流，或多或少都有收获，张兆顺在第六届流体力学大会上做的报告－－走近湍流。
FLUENT大涡模拟的相关知识用N-S方程描述大涡，用亚格子尺度模型描述小涡耗散和对大涡的反馈，通过在N-S方程中加入附加应力（亚格子应力）表示；大涡模拟的过程：先把小尺度脉动用滤波的方式过滤，得到大尺度运动的控制方程（滤波后的），再向方程中引入亚格子尺度附加应力项。
大涡模拟滤波网格尺度研究及其应用
大涡模拟滤波网格尺度研究及其应用一、本文概述本文旨在深入探讨大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）中的滤波网格尺度问题，以及其在流体动力学领域的应用。
大涡模拟作为一种重要的湍流模拟方法，能够捕捉到湍流中的大尺度结构，并通过模型描述小尺度运动对大尺度的影响。
滤波网格尺度作为大涡模拟中的关键参数，其选择直接影响到模拟的精度和效率。
因此，研究滤波网格尺度对于提高大涡模拟的准确性和适用性具有重要意义。
本文首先将对大涡模拟的基本理论和方法进行概述，介绍滤波网格尺度在大涡模拟中的作用和影响。
然后，通过对不同滤波网格尺度下的模拟结果进行比较分析，探讨滤波网格尺度对模拟精度和计算效率的影响机制。
在此基础上，本文将提出一种优化的滤波网格尺度选择方法，以提高大涡模拟的准确性和效率。
本文还将探讨大涡模拟在流体动力学领域的应用，特别是在复杂流动和工程实际问题中的应用。
通过具体案例的分析和讨论，展示大涡模拟在解决实际问题中的潜力和优势。
本文将全面系统地研究大涡模拟中的滤波网格尺度问题及其应用，为大涡模拟在流体动力学领域的应用提供理论支持和实践指导。
二、大涡模拟理论基础大涡模拟（Large Eddy Simulation，简称LES）是一种介于直接数值模拟（DNS）和雷诺平均N-S方程（RANS）之间的湍流数值模拟方法。
它的主要思想是将湍流运动通过某种滤波函数分解为大尺度运动和小尺度运动两部分，大尺度运动通过直接求解滤波后的N-S方程得到，而小尺度运动对大尺度运动的影响则通过模型来模拟。
在LES中，滤波函数的选择至关重要。
常用的滤波函数包括盒式滤波、高斯滤波等。
滤波后的N-S方程会包含一个新的未知量，即亚格子应力张量。
为了封闭这个方程，需要引入亚格子尺度模型（Subgrid-Scale Model，简称SGS模型）。
SGS模型的作用是模拟小尺度湍流对大尺度湍流的影响，从而使方程封闭可解。
在大涡模拟中，网格尺度是一个关键参数。
大涡模拟概述
二. 如何封闭过滤后的N-S方程 通过对亚网格应力不同的简化就构成了 不同的亚网格模型。
动态Smagorinsky模型 尺度相似模型 7
二、大涡模拟的基本思想
不可压缩牛顿流体x 方向瞬时量N-S方程：
u t u y
Du Dt F bx P x u
2
v
1 P
1
2
2
G(x x )
0
非均匀盒式 （其他情况）
12
其中， 是过滤尺度
三、过滤函数
• 物理空间的盒式过滤器
盒式过滤器滤波方 法很简单，缺点是 它的傅立叶变换在 某些区间里有负值， 并且由于滤波函数 在单元边界上的间 断性，难以进行微 分运算。
Top-hat （a）物理空间图形；
13
三、过滤函数
ˆ f
F-level
f
小尺度
f
滤波尺度为 ，G-level滤波
k
滤波尺度为
FG-level滤波：
Germano 恒等式： F-滤波+ G-滤波 与 FG滤波之间的关 系式
ij u i u j u i u j
ˆij u i u j u i u j
^
^
ˆ ˆ T ij u i u j u i u
湍流数值模拟方法简介
——大涡模拟
专业：动力机械与工程 姓名：xxxxxx 学号：xxxxxxxx
主要内容
湍流数值模拟方法简介 大涡模拟的基本思想 过滤函数
亚网格模型
2
一、湍流数值模拟方法简介
3
一、湍流数值模拟方法简介
f
~ f ( x ) f ( x ) f ( x )
大型客机复杂可压缩流的大涡模拟主要研究方法
大型客机复杂可压缩流的大涡模拟主要研究方法一、大涡模拟基础1. 大涡模拟简介大涡模拟是一种将流场分解成小尺度湍流和大尺度湍流的方法。
在LES中，大尺度结构通过直接数值模拟来求解，而小尺度结构则通过子网格模型（sub-grid model）进行建模。
由于小尺度结构不再需要直接求解，因此可以使用更粗的网格来进行计算，从而减少计算量。
同时，LES还能够提供更加真实的湍流统计数据，如湍流强度、湍流长度等。
2. LES的优点和局限性与其他流体力学方法相比，LES有以下几个优点：（1）能够考虑湍流中的时间和空间尺度差异，提供更加真实的湍流信息；（2）计算结果对于网格的依赖性相对较小，使得计算可以在较粗的网格上进行；（3）LES能够模拟复杂流场，如湍流燃烧、多相流等。
虽然LES具有很多优点，但它也有一些局限性：（1）计算量较大，需要使用高性能计算机进行计算；（2）由于需要建立子网格模型，LES的结果可能受到模型误差的影响；（3）由于直接数值模拟只考虑了大尺度结构，因此对于小尺度结构的预测可能存在误差。
二、大涡模拟在大型客机流场研究中的应用1. 大涡模拟在飞行器气动力学研究中的应用大型客机的外形复杂，流场也非常复杂。
对于这样的流场，传统的计算流体力学方法可能无法准确地预测气动力学行为。
因此，大涡模拟成为研究大型客机流场的一种重要方法。
在大涡模拟中，通过将流场分解成大尺度结构和小尺度结构，可以更加准确地模拟大型客机流场中的湍流现象。
大涡模拟还能够提供更加真实的气动力学数据，如升阻比、气动力矩等。
这些数据对于飞机设计和优化非常重要。
2. 大涡模拟在飞行器噪声研究中的应用随着人们对噪声污染的关注度不断提高，飞机噪声研究也越来越受到关注。
大型客机飞行时产生的噪声主要来自于引擎和机翼表面的湍流。
由于湍流现象非常复杂，传统的计算流体力学方法无法准确地预测噪声的产生和传播。
因此，大涡模拟成为研究飞机噪声的一种重要方法。
通过大涡模拟，可以更加准确地模拟湍流现象，从而预测噪声的产生和传播方式。
大涡模拟
大涡模拟理论及应用
紊流力学
大涡模拟理论及应用
一、概述
实际水利工程中的水流流动几乎都是湍流。 湍流是空间上不规则和时间上无秩序 的一种非线性的流体运动，这种运动表现出非常复杂的流动状态，是流体力学中有名 的难题。100 多年来无数科学家投身到它的研究当中，从 1883 年 Reynolds 开始的层 流过渡到湍流的著名圆管实验到现在，对湍流的基础理论研究呈现出多个分支，其主 要方向有：湍流稳定性理沦、湍流统计理论、湍流模式理论、湍流实验、切变湍流的 逆序结构、湍流的大涡模拟和湍流的直接数值模拟。在这些方向当中，比较有代表性 的是湍流模式理论。 但它的平均运算却将脉动运动的全部行为细节一律抹平，丢失了 包含在脉动运动中的大量有重要意义的信息，而且各种湍流模型都有一定的局限性、 对经验数据非常依赖、预报程度较差。近代计算机技术的飞速发展给人们提供了解决 湍流问题的新途径， 公认比较有前途的是大涡模拟和直接数值模拟。但由于受到计算 机速度和容量的限制，直接数值模拟还仅限于低雷诺数的流动，对于高雷诺数的完全 数值模拟目前还不可能。 而大涡模拟是介于直接数值模拟和湍流模式理论之间的折衷 物，由于其具有较少的计算消耗和较高的计算精度，正显示出越来越强的生命力。
d d 32 ( Sij Sij ) µt = ρ Ls d d 54 ( Sij Sij )5 2 + (Sij Sij )
2
d 其中： Ls 和 Sij 在 WALE 模型中分别定义如下：
Ls = min(kd , CωV 1 3 )
∂ui 1 2 1 d 2 Sij = ( gij + g2 ji ) − δ ij g kk , g ij = 2 3 ∂x j
在 FLUENT 中，默认的 WALE 常数 Cω 是 0.325，发现将它用于流量范围跨度大 的地方能取的很满意的效果。 其余符号的含义与 Smagorinsky-Lilly 模型相同。 结合这 个，WALE 模型返回了正确的壁墙界流动的渐进行为。 （4）动态动能亚网格模型 原来的和动态的 Smagorinsky-Lilly 模型，如前所述，本质上是代数模型，在这里 亚格子尺度应力已经参数化应用解析的尺度。 其基本假设是平衡通过电网过滤器能量 传递的规模和小亚网格尺度耗散的动能， 亚网格尺度湍流能够较好的模拟亚格子尺度 湍流动能的输送。在 FLUENT 中，动态亚格子尺度动能模型引用了 Kim 和 Menon 的 模型。亚网格尺度动能定义如下：
大涡模拟的原理
大涡模拟的原理
大涡模拟（LES）是一种计算流体力学（CFD）方法，用于模拟流动中的大尺度涡旋行为。
相比于传统的雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方法，LES可以更准确地捕捉流动中的湍流结构。
LES将流动场分解
为大尺度涡旋和小尺度涡旋，大尺度涡旋被直接模拟，而小尺度涡旋则被认为是一种随机噪声，并通过子网格模型（SGS）计算。
LES方法的基本原理是通过在时间和空间上对流场进行分解，将大尺度的湍流结构通过直接数值模拟（DNS）进行计算，而小尺度的
结构则通过SGS模型计算。
LES方法在时间上的分解通常采用滤波器方法，通过对流场进行滤波来分离大尺度结构和小尺度结构。
在空间上的分解通常采用泰勒级数展开，将流场分解为平均流量和流量扰动。
LES方法的优点是可以提供更准确的流场预测，适用于需要对湍流结构进行精细分析的复杂流动问题。
同时，LES方法也存在一些挑战，如计算成本高和需要更高的计算资源等问题。
因此，LES方法通常适用于高性能计算领域和需要进行高精度模拟的工程和科学研究
领域。
- 1 -。
湍流模型-大涡模拟
1 大涡模拟目前计算机的计算能力仍对数值模拟紊流时所采用的网格尺度提出了严格的限制条件。
人们可以获得尺度大于网格尺度的紊流结构，但却无法模拟小于该网格尺度的紊动结构。
大涡模拟的思路是：直接数值模拟大尺度紊流运动，而利用次网格尺度模型模拟小尺度紊流运动对大尺度紊流运动的影响[2]。
大涡模拟较直接数值模拟占计算机的内存小，模拟需要的时间也短，并且能够得到较雷诺平均模型更多的信息。
所以随着计算机的发展，大涡模拟越来越收到国内外研究者的关注，并且认为大涡模拟将是最有前景的湍流模型。
使用大涡模拟的时候，要注意以下4个问题[3]:1) 用于N-S 方程进行过滤的函数。
2) 彻底经过经验封闭的模型(包括传统亚格子模型和其它封闭方法)。
3) 足够多的边界条件和初始条件。
4) 使控制方程在空间和时间上离散的合适数值方法。
不可压缩常粘性系数的紊流运动控制方程为N-S 方程[4]：(1-1) 式中：S 拉伸率张量，表达式为：2/)//(i j j i ij x u x u S ∂∂+∂∂=；γ分子粘性系数；ρ流体密度。
根据LES 基本思想，必须采用一种平均方法以区分可求解的大尺度涡和待模化的小尺度涡，即将方程(1-1)中变量u 变成大尺度可求解变量u 。
与雷j ij i j j i i x S x P x u u t u ∂∙∂+∂∂-=∂∂+∂∂)2(1γρ诺时间平均不同的是LES 采用空间平均方法。
设将变量i u 分解为方程(1-1)中i u 和次网格变量(模化变量)'i u ,即'+=i i i u u u ,i u 可以采用leonard 提出的算式表示为:(1-2)式中)(x x G '-称为过滤函数，显然G(x)满足常用的过滤函数有帽型函数(top —hat)、高斯函数等。
帽型函数因为形式简单而被广泛使用(1-3) 这里∆为网格平均尺度，三维情况下，3/1321)(∆∆∆=∆，1∆，2∆，3∆分别为x 1，x 2，x 3 方向的网格尺度。
大涡模拟的原理
大涡模拟的原理大涡模拟（LargeEddySimulation，LES）是一种计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法，其原理是将一些较大的涡旋（即大涡）直接模拟，而将较小的涡旋（即小涡）视为无规则的湍流运动，采用统计方法进行计算。
大涡模拟通常是用于解决高雷诺数（即湍流）流动问题的一种方法，因为在这种情况下，小涡流动的运动和相互作用变得非常复杂。
大涡模拟可以提供比传统雷诺平均 Navier-Stokes（RANS）模拟更准确的结果，但需要更高的计算能力。
大涡模拟的基本原理是使用Navier-Stokes方程，将它们分解成大涡和小涡两部分。
大涡部分的运动由一个格子大小相当于大涡尺度的网格解决，而小涡部分的运动则由一个更小的网格解决。
这个方法对小涡流动的运动和相互作用进行了统计分析，而对大涡部分的运动则直接模拟。
这种模拟方法使得模拟的精度得到了提高，因为大涡更好地反映了流动的物理特性。
大涡模拟的优点在于可以模拟大涡和小涡之间的相互作用和转移，从而更好地反映真实流动的情况。
同时，大涡模拟所需要的计算资源相对于直接模拟湍流的方法要少一些，因为小涡部分的流动采用统计方法进行计算。
然而，大涡模拟也有一些缺点。
首先，它需要更高的计算能力，因为需要更小的网格来模拟小涡运动。
其次，大涡模拟也需要更多的物理数据，如湍流尺度，以确定如何分解Navier-Stokes方程。
总体而言，大涡模拟是一种非常有用的计算流体力学方法，可以用于解决高雷诺数流动问题。
它比传统的雷诺平均 Navier-Stokes 方法更准确，但计算成本更高。
因此，大涡模拟通常在计算资源充足的情况下使用，以获得更准确的结果。
大涡模拟
大涡模拟,英文简称LES(Large eddy simulation),是近几十年才发展起来的一个流体力学中重要的数值模拟研究方法。
它区别于直接数值模拟(DNS)和雷诺平均(RANS)方法。
其基本思想是通过精确求解某个尺度以上所有湍流尺度的运动，从而能够捕捉到RANS方法所无能为力的许多非稳态，非平衡过程中出现的大尺度效应和拟序结构，同时又克服了直接数值模拟由于需要求解所有湍流尺度而带来的巨大计算开销的问题，因而被认为是最具有潜力的湍流数值模拟发展方向。
由于计算耗费依然很大，目前大涡模拟还无法在工程上广泛应用，但是大涡模拟技术对于研究许多流动机理问题提供了更为可靠的手段，可为流动控制提供理论基础，并可为工程上广泛应用的RANS方法改进提供指导。
大涡模拟方法其主要思想是大涡结构（又称拟序结构）受流场影响较大，小尺度涡则可以认为是各向同性的，因而可以将大涡计算与小涡计算分开处理，并用统一的模型计算小涡。
在这个思想下，大涡模拟通过滤波处理，首先将小于某个尺度的旋涡从流场中过滤掉，只计算大涡，然后通过求解附加方程得到小涡的解。
过滤尺度一般就取为网格尺度。
显然这种方法比直接求解RANS 方程和DNS 方程效率更高，消耗系统资源更少，但却比湍流模型方法更精确。
大涡模拟的基本操作就是低通滤波。
一个LES滤波器可以被用在时空场Φ（x,t）中实现时间滤波或空间滤波或时空滤波扬州大学大涡模拟理论及应用紊流力学大涡模拟理论及应用一、概述实际水利工程中的水流流动几乎都是湍流。
湍流是空间上不规则和时间上无秩序的一种非线性的流体运动，这种运动表现出非常复杂的流动状态，是流体力学中有名的难题。
100 多年来无数科学家投身到它的研究当中，从1883 年Reynolds 开始的层流过渡到湍流的著名圆管实验到现在，对湍流的基础理论研究呈现出多个分支，其主要方向有：湍流稳定性理沦、湍流统计理论、湍流模式理论、湍流实验、切变湍流的逆序结构、湍流的大涡模拟和湍流的直接数值模拟。
大涡模拟简单介绍
大涡模拟简单介绍大涡模拟（Large Eddy Simulation，简称LES）是一种流体动力学数值模拟方法，用于模拟湍流流动。
相比于传统的雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）模拟方法，LES可以更准确地捕捉流动中的湍流结构和湍流涡旋，并且消除了能量储存和耗散的子网格模型假设。
LES的基本原理是在Navier-Stokes方程的基础上，通过滤波器将流动变量划分为长时间和空间尺度下的平均分量和湍流分量。
经过充分滤波的方程组被认为是LES方程组，其中长时间和空间尺度下的平均分量由RANS求解，湍流分量则采用直接数值模拟（DNS）或者更为常见的子网格模型进行近似。
LES方程组通常采用基于物理的平滑学习系数（Smagorinsky模型）或者基于数值的子网格尺度计算方法来估计湍流涡旋的剪切应力。
与传统的RANS模拟相比，LES能够提供更多细节的湍流结构信息，从而更好地预测湍流流动中的流场特性，比如涡旋结构、湍流能量传递、湍流耗散等。
这些信息对于工程问题的分析和设计有着重要的意义，比如风力发电机翼型的气动性能、船舶外形的水动力性能等。
LES的优势主要体现在以下几个方面：1.湍流结构预测能力：LES可以更准确地模拟湍流结构，包括涡旋的生成、演化和消散过程，因此能够提供更详尽的湍流流场信息。
2.湍流能量传递和耗散特性：LES能够有效地预测湍流能量的传递和耗散特性，对于评估流动中的湍流耗散和能量损失有着重要的意义。
3.均匀流动和非均匀流动的统一模拟：与传统的RANS方法相比，LES对均匀流动和非均匀流动有着较好的统一模拟能力。
对于非均匀流动，LES能够更好地预测局部湍流结构的分布和演化。
4.对涡旋缩放和旋转的准确模拟：LES能够模拟涡旋的缩放和旋转过程，能够提供更真实的细节湍流结构信息。
尽管LES在提供细节湍流结构信息方面具有优势，但其计算成本较高，主要体现在网格分辨率和时间步长上。
由于需要考虑到湍流结构的空间和时间变化，LES所需的网格分辨率通常较高，这对计算资源的要求较高。
钝体绕流有旋流中回流区与进动涡核的大涡模拟
钝体绕流有旋流中回流区与进动涡核的大涡模拟摘要：本文评估了大涡模拟技术对钝体绕流有旋流中回流区与进动涡核的影响。
通过实验和算法分析，已经明确的证实，大涡模拟可以有效减弱涡核的影响，进而改善流场特性、提升学习空间。
关键词：钝体绕流、旋流、回流区、进动涡核、大涡模拟正文：本文讨论了大涡模拟在钝体绕流有旋流中回流区与进动涡核的应用。
首先，我们全面总结了基于大涡模拟的各种推动划分法，其次，介绍了大涡模拟技术在提高测量精度和提高迭代收敛速率方面的优势，最后，我们分析了大涡模拟技术的缺点，并提出了一些解决方案。
通过实验和算法分析，已经明确的证实，大涡模拟可以有效减弱涡核的影响，进而改善流场特性、提升学习空间。
大涡模拟技术的应用方式可以主要分为三类：1.流体力学仿真：如飞行器性能预测、气体运动模拟等，大涡模拟技术可以准确地模拟流动特性，流量分布，并能够计算出各种流动参数，从而可以用于实时仿真系统的开发和智能控制的研究。
2.结构/材料科学仿真：如侵蚀预测、燃烧特性预测、结构耐久性评价等，大涡模拟技术可以准确地模拟结构/材料中流动变化，因此可以有效地扩展元素弹性模型，并为工程复杂度应用提供必要的理论支持。
3.量子物理仿真：如光学器件模拟、物理晶体格结构模拟等，大涡模拟技术可以模拟出不同势对应的变量，从而了解物理现象，其多尺度物理模拟也可以准确地预测系统的行为。
因此，大涡模拟技术在各个领域的应用已经成为研究的热点，广泛应用于航空航天、航海船舶、机械信号模拟、结构/材料科学和量子物理等多个领域。
在应用大涡模拟技术的同时，它也带来了一些潜在的问题：1.数值离散带来的可控性问题：大涡模拟技术的精细化与复杂化将带来较高的计算量和数据存储要求，此外，随着数值离散精度的降低，可能出现误差，从而影响模拟精度。
2.模型选择不足：目前用于模拟动态流动场的大涡模拟技术大都属于表面模型，实际应用中仍存在细节模型的缺失，如湍流场、压力波长等，这些缺失会导致实际应用效果的降低。
挡风墙背风侧高速列车周围流场非定常特性大涡模拟研究
挡风墙背风侧高速列车周围流场非定常特性大涡模拟研究挡风墙背风侧高速列车周围流场非定常特性大涡模拟研究近年来，高速列车在交通运输领域起着越来越重要的作用，然而其在高速行驶时所面临的背风问题对行车安全和旅客舒适度带来了一系列挑战。
为了解决这一问题，科学家们开始采用计算流体力学（CFD）方法来研究列车周围的流场特性，进而改善列车的设计和操作。
本文旨在使用大涡模拟（LES）方法，对挡风墙背风侧高速列车周围的流场非定常特性进行研究。
通过模拟和分析，我们将深入探讨不同参数对流场的影响，从而为改善列车背风问题提供重要的理论依据。
首先，我们需要对列车及其周围流场进行建模。
为了简化问题，我们假设列车为一个理想化的长方体，并采用三维本构方程来描述流体运动。
列车周围的空气被假设为不可压缩、粘性和理想气体。
在数学方面，我们将采用标准的控制方程（Navier-Stokes方程），并应用LES方法来模拟非定常流体运动。
接下来，我们将根据实际情况设定流场的边界条件和初始条件。
边界条件包括列车表面的速度和压力分布，以及周围空气的入口速度和出口静压。
初始条件将决定流场在初始状态下的速度和压力分布。
在模拟过程中，我们将使用合适的数值计算方法来求解控制方程。
其中，我们将采用有限体积法来离散方程，并结合显式时间推进方法来求解非定常问题。
通过合理选择网格大小和时间步长，可以提高计算的准确性和效率。
当流场的计算结果得到后，我们将进行详细的结果分析和讨论。
首先，我们将关注流场中的速度和压力变化，了解列车背风侧产生的大涡结构以及其对列车尾部气流的影响。
然后，我们将通过比较不同参数条件下的计算结果，分析其对流场的影响。
最后，我们将根据模拟结果提出一些建议和改进方案，以减小列车背风问题带来的负面影响。
这些建议可能包括调整挡风墙的位置和形状，优化列车表面的流线型设计，以及改善列车尾部的气动性能等。
总之，本研究采用大涡模拟方法，对挡风墙背风侧高速列车周围的流场非定常特性进行了深入研究。
高速列车车头曲面脉动压力的大涡模拟(1)
摘
要：为了得出车头曲面脉动压力的分布规律， 利用参数变换技术， 生成了高速列车车头曲面的四边形贴体网
格， 进而生成了高速列车头部流场的六面体网格 。对车头流线型曲面的脉动压力进行了大涡模拟， 得出了脉动压 力的分布特性：在流场中某点处产生的压力主要影响该处本地， 而对其余点的影响作用则随着距离的增加而迅速 无明显的主频率。各点脉动压力的频谱在低频时幅值较大， 随着频率升高， 幅值以负 减弱；脉动压力的频带很宽， 随着列车运行速度提 指数规律持续下降。脉动压力 1 /3 倍频程频谱的主要能量集中在 20 ～ 500 Hz 频率范围内， 高， 频谱的主要能量范围有向高频移动的趋势 。 关键词： 高速列车；车头曲面；脉动压力；大涡模拟 中图分类号：U238 文献标识码：A
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四川大学学报（ 工程科学版）
第 42 卷
［7 ］ 法估算了受电弓脉动压力的分布 ； 者基 ［8 ］ 于参数变换技术 ， 生成了高速列车车头曲面的四 边形贴体网格， 并建立了计算车头曲面脉动压力的
（ 1 ，v1 ， （ u i， 的边 界 点 坐 标 是 （ 0 ，v0， j ）， j ）， 0 ，0 ） ， 1） ， （ u i， 利用这些边界点进行线性插值， 可得相对 1， 弧长参数空间的表面节点坐标 （ u i， j ，v i， j ） 的计算公 式： u i， j = （ 1 － v i， j ） u i， 0 + v i， j u i， 1 v i， j = （ 1 － u i， j ） v0 ， j + u i， j v1 ， j （2） 对上述方程组进行迭代求解， 就可以得到相对弧长 v i， 参数空间的表面节点坐标（ u i， j， j）。 1. 3 参数网格向物理空间的映射 得到相对弧长参数空间内的参数网格 u i， j ，v i， j 后， 还需把该网格向物理空间映射， 以得到物理空间 y i， 内的表面网格（ x i， j， j ，z i， j ） 。 该过程如下 ： 相对弧 0） ， （0， 1） ， （1， 长参数空间中四个角点的坐标是（ 0 ， 0） ， （1， 1） ， v i， 对点 （ u i， 对应的 4 个边界点坐标 j， j）， 0） ， （ u i， 1） ， （ 0 ，v0，， （ 1 ，v1 ， 是 （ u i， 将这 0， 1， j）， ， j）， 些角点和边界点在物理空间中对应的坐标向量记为 R0 ， R0 ， R1 ， R1 ， Ri ， Ri ， R1，j ， ， 可以 0， 1， 0， 1， 0， 1 ，R0 ， j， 得到 （ u i， j ，v i， j） 点映射到物理空间中的坐标向量 R i ，j 。 R i， j = （ 1 － u i， j ） R0， j + u i， j R1， j + （ 1 － v i， j ） R i， 0 + v i， j R i， 1 － （ 1 － u i， j ） （ 1 － v i， j ） R0， 0 － u i， j （ 1 － v i， j ） R1， 0 － （ 1 － u i， j ） v i， j R0， 1 － u i， j v i， j R1， 1 （3） 采用上述方法， 笔者开发了车头曲面流场计算的网 格生成软件， 不但解决了自由型曲面网格的生成问 题， 而且实现了车头曲面网格生成的程序化。 使用 可自动控制网格疏 者根据程序提示输入相关参数， 密， 并自动生成车头曲面的四边形贴体网格 ， 进一步 可自动生成计算车头曲面外部流场的六面体贴体网 格。图 1 是车头曲面的初始局部网格， 图 2 是插值 并映射后车头曲面的局部网格， 图 3 是该软件输出 的车头曲面的四边形贴体网格。图 4 是该软件输出 的车头曲面流域的六面体网格。
旋转列车气流的大涡模拟
旋转列车气流的大涡模拟Hassan Hemida,Nahia Gil,Chris Baker摘要利用大涡模拟(LES)方法研究高速列车的气流问题，采用标准的Smagorinsky模型模拟亚格子应力。
列车模型是由4辆车组成的1/25比例的ICE 2型列车。
该模型被放置于直径为3.61m的旋转试验台上.基于列车的高度和速度，分别对雷诺数77 000和94 000的大涡进行了模拟。
模拟中运用了粗糙的、中等的和加密的3种计算网格。
这三种网格分别由6×106，10×106，和15×106个节点组成。
加密网格的计算结果与试验数据吻合较好。
运用大涡模拟获得了不同的流动区域：上流区、鼻端区、边界层区、风挡区、尾流区和远尾流区。
在靠近列车鼻端区域从气流的最大速度幅值中可以出现局部的速度峰值。
面压力的最大值和最小值分别出现在靠近鼻尖区域的顶面和底面。
所有的湍流结构都产生于列车的顶部，并被列车外侧的径向速度分量所掠过。
在列车的外侧，主要是大结构的大湍流占据主要地位。
研究表明，以柱面形式支撑的风挡和车下复杂结构对气流的速度有很大的影响。
在合适的雷诺数范围内，气流流速与列车速度近似地呈线性关系。
1.引言列车在空气中运行时，会导致列车两侧以及尾部的气流产生重要的气流流速。
这种现象会对乘客和铁路沿线工作人员的安全造成威胁，同时也会给婴儿车以及手推车带来很多问题。
鉴于对外部环境所造成的影响，铁路安全与标准学会（RSSB）[1]近期已将其确定为亟待解决的课题，各种研究工作也需要开展。
RSSB最新的一项研究显示，在英国，与其他危险相比，所有与列车气流相关的危险所占比例较小。
然而，如得不到有效的组织管理，列车气流会对站台乘客以及铁路沿线工作人员的安全造成很大的威胁。
自1972年以，英国大陆地区已经报道了24起事件，这些事件不但涉及到气流产生的作用力对静止站台上的婴儿车、手推车所造成的伤害，而且也有对乘客及其物品的伤害[2-3]。
高速列车脉动压力的大涡模拟及小波分解
高速列车脉动压力的大涡模拟及小波分解
王亚南;陈春俊;何洪阳
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2015(000)008
【摘要】高速列车表面脉动压力是引起气动噪声的主要根源,研究车体表面脉动压力对噪声控制等方面有重要意义.采用大涡模拟(LES)仿真计算高速列车运行时头车和尾车外流场的脉动压力,利用二进正交db小波将脉动压力分解为能量互不重叠的正交频带,并分析脉动压力在各频带上的能量分布规律.数值仿真结果表明:列车表面脉动压力由平均压力和在平均压力附近上下波动的脉动部分组成,脉动压力在全频带均有分布,且主要集中在低频区域;随着列车运行速度的提高,车体表面脉动压力幅值迅速增大,主要能量向高频区域移动;头车、尾车脉动压力变化趋势相似,且头车脉动压力大于尾车脉动压力.
【总页数】4页(P86-88,93)
【作者】王亚南;陈春俊;何洪阳
【作者单位】西南交通大学机械工程学院,四川成都610031;西南交通大学机械工程学院,四川成都610031;西南交通大学机械工程学院,四川成都610031
【正文语种】中文
【中图分类】TH16
【相关文献】
1.高速列车车头曲面脉动压力的大涡模拟 [J], 肖友刚;张晓缝;康志成
2.基于小波变换的高速列车表面脉动压力提取 [J], 陈春俊;何洪阳;邵云龙
3.边界层人工转捩的大涡模拟及壁面脉动压力研究 [J], 徐嘉启;梅志远;刘志华
4.应用EEMD和小波包分解的压力脉动信号时域特征提取方法 [J], 李瑞;谷立臣;赵鹏军;郭西惠
5.跌坎突扩型消力池脉动压力大涡模拟研究 [J], 卢洋亮;尹进步;张曙光;杨钊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
可逆转轮单通道流动大涡模拟
可逆转轮单通道流动大涡模拟
徐岚;崔桂香;许春晓;张兆顺;陈乃祥
【期刊名称】《水力发电学报》
【年(卷),期】2007(26)4
【摘要】为准确预测不可压复杂边界的湍流流动,本文应用高精度有限体积法对曲面边界湍流进行了大涡模拟。
空间离散采用有限体四阶紧致格式,时间推进采用四阶Runge-Kutta法,压力-速度耦合应用四阶紧致格式的动量插值,亚格子应力模式采用动态Smagorinsky模式,复杂边界的处理则应用了浸没边界法,成功地实现了弯槽湍流、NACA0012标准翼型绕流流动和可逆式水泵水轮机转轮内单流道流动的大涡模拟计算,所得结果与已有结果或实验结果吻合良好,表明该方法对于湍流大涡模拟方法在流体机械工程领域中的应用和发展具有重要意义。
【总页数】6页(P124-129)
【关键词】水力机械;可逆转轮;大涡模拟;有限体积法;浸没边界
【作者】徐岚;崔桂香;许春晓;张兆顺;陈乃祥
【作者单位】清华大学热能工程系;清华大学工程力学系
【正文语种】中文
【中图分类】TK72;TV131.2
【相关文献】
1.基于大涡模拟尾水管涡带模拟及流动特性研究 [J], 钟林涛
2.基于大涡模拟的抑制孔腔涡旋流动与脉动压力的流动控制方法研究 [J], DENG
Yu-qing;ZHANG Nan
3.混流式转轮中流场的大涡模拟 [J], 张昌兵;杨永全;鞠小明;桂林
4.大涡模拟研究两相燃烧的进展(Ⅱ)复杂气固流动和煤燃烧的大涡模拟(英文) [J], 周力行;胡瓅元
5.可逆转轮三维流动的涡动力学诊断研究 [J], 樊红刚;陈乃祥;杨琳
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高速列车内气流组织的大涡模拟的开题报告
高速列车内气流组织的大涡模拟的开题报告
目的：
本文旨在通过大涡模拟（LES）模拟高速列车内气流组织，研究列车内空气流动
特性，为列车内空气质量的评估及改善提供理论基础。
背景：
近年来，随着高速列车的发展，越来越多的人选择高速列车作为出行方式。
然而，在高速列车内，由于车内人数众多，呼吸排放、食物烹饪、香烟等因素会使得车内空
气质量下降。
因此，对高速列车内气流组织进行研究，对于理解车内空气质量变化规律，为改善车内空气质量提供依据和方案。
方法：
采用计算流体力学（CFD）软件中的大涡模拟（LES）方法，模拟高速列车内气
流组织。
首先，选取高速列车内部为模拟区域，通过计算高速列车内的风压、温度、
湿度等参数，确定模拟边界条件。
然后，使用CFD软件建立高速列车内部模型，在模拟过程中考虑人员排放、空调系统、车窗开关等因素，模拟高速列车内部气体流动情况。
最后，对模拟结果进行分析并与实际观测结果进行对比。
预期结果：
通过大涡模拟，本研究预计获得高速列车内部不同区域的气流组织情况，揭示列车内流场特征，探讨不同因素对空气质量的影响。
同时，结果分析将为改善高速列车
内部空气质量提供参考，为制定车内通风方案、调整温度湿度等因素提供理论基础。
结论：
通过大涡模拟，本研究将为理解高速列车内气流组织、探究车内空气流动特性、评估空气质量等提供较为准确的数值模拟结果，并为改善列车内部空气质量提供理论
基础和实践指导。
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等 的 和加 密 的 ３种 计 算 网格 。加 密 网 格 的 计 算 结 果 与 试 验 数 据 吻 合 较 好 。运 用 大 涡 模 拟 获 得 了 不 同 的 流 动 区域 。研 究 表 明 ， 以柱 面形 式 支 撑 的风 挡 和车 下 复 杂 结 构 对 气 流 的速 度 有 很 大 的影 响 。在 合 适 的雷 诺 数 范 围
Ｈ ａ ｓ ｎ Ｈｅ ｄａ， ｔ ａ ． （ ． ） ｓ ａ ｍｉ ｅ １ Ｕ Ｋ．
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｌ ｓ ｒ ａ ｏ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｔ ａｎ ｗａ ｎ ｅ ｔ ａ ｅ ｓｎ ａ ｇ — ｄ ｙ ｓ ｕ ａ ｉ ｎ （ ｅｓ ｉ ｔｅ ｍ ｆａ ｈ ｇ ｐ ｅ ｒ ｉ ｓ ｉ ｖ ｓｉ ｔ ｄ ｕ ｉｇ ｌ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｌ ｔ ｐ ｇ ｍ ｏ ＬＥＳ ）． ｅ Ｔｈ
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内 ， 流 流 速 与列 车速 度 近 似 地 呈 线 性 关 系 。 气
关 键 词 ： 车 ；旋 转 ； 流 ；大 涡模 拟 列 气
中 图 分 类 号 ：Ｕ２ ０ １ １ ７ ． 文 献 标 识 码 ：Ｂ
Ｔｈｅ Ｌａ ｇ 。 ｄ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｌｐ ｔ ｅ ｍ ｆ ａ Ｒｏ ａ ｉ ａ ｎ ｒ ｅ Ｅｄ ｙ Ｓｉ ｌ ｔｏ ｆ ｔ ｅ Ｓ ｉ ｓ ｒ ａ ｏ ｔ ｔｎｇ Ｔｒ ｉ
摘 要 ：利 用 大 涡模 拟 （ Ｅ ） Ｌ Ｓ 方法 研 究 高速 列 车 的 气 流 问 题 ， 用 标 准 的 Ｓ ｇ ｒ ｓｙ模 型 模 拟 亚 格 子 采 ｍａ ｏｉ ｋ ｎ
应 力 。列 车 模 型 是 由 ４辆 车 组成 的 １ ２ ／ ５比例 的 Ｉ Ｅ ２型 列 车 。该 模 型被 放 置 于 直 径 为 ３ ６ 的 旋 转 试 验 Ｃ ． １ｍ 台 上 。基 于 列 车 的 高 度 和 速 度 ， 别 对 雷 诺 数 ７ ０ 分 ７０ ０和 ９ ０ ４０ ０的 大 涡 进行 了模 拟 。模 拟 中运 用 了粗 糙 的 、 中
Ｔｈ ｎ ｅ ｃ ｒｉ ｇ ａ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｕ ｄ ｒ ｏ ｙ ｃ ｍ ｐ ｅ ｉｉｓ ｎ ｔ ｅ ｆ ｒ ｏ ｕ ｐ ｒ ｉ ｇ ｃ ｌ ｄ ，ｗｅ ｅ ｓ ｏ ｏ ｅ ｉ ｔｒ ａ ｒａ ｅ ｇ ｐ ｎ ｈ ｎ ｅ ｂ ｄ ｏ ｌ ｘ ｔ ，ｉ ｈ ｏ ｍ ｆｓ ｐ ｏ ｔ ｙ ｉ ｅ ｓ ｅ ｎ ｎ ｒ ｒ ｈ ｗｎ ｔ
ｈ ｖｅｌ ｒ ｎｆｕ ｎｃ ｓ ｎ ｈｅ ｌｐｓ ｒ ａ ａ ａ ｇｅ ｉ ｌ ｅ ｅ ｏ ｔ ｓｉ ｔ ｅ ｍ ｖ ｌ ｉｙ． Ｔｈｅ ｅ ｕｌｓ ｈ ｅｏｃｔ ｒ ｓ ｔ ｓ ｏｗ ｅ ｔ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｔ ｅ ｍ ｖ ｌ ｉｙ ｉ ｌ ａ ｌ ｄ ｈａ ｔ ｌｐｓ ｒ ａ ｅｏｃｔ ｓ ｉ ｒｙ ｎｅ ｐ ｏ ｒ ｉｎａ Ｏ ｔ ｐ ｅ ｈ ｒ ｉ ｎ ｔ ａ ｅ ｏ ｏ ｒ ｔ ｙｎ ｌ ｒ ｐｏ ｔｏ ｌｔ ｈｅ ｓ ｅ ｄ ｏｆｔ ｅ ｔ ａｎ ｉ ｈｅ ｒ ｎｇ ｆｏｕｒｍ ｄｅ ａ ｅ Ｒｅ ｏ ｄｓｎｕｍ ｂ ｒ ． ｅ ｓ Ｋｅ ｒ ｓ：ｔ ａｎ；ｒ ｔ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄ ｒｉ ｏ ａ ｉ ｎ；ｓｉ ｓ ｒ ａ ； ｌｒ ｅ ｅ ｙ ｓｍ ｕ ａ ｉ ｌｐ ｔ ｅ ｍ ａ ｇ ｄｄ ｉ ｌ ｔｏｎ
旋 转 列 车 气 流 的 大 涡模 拟
ＨａｓｎＨｅ ｄ ， （ ） ｓａ ｍｉａ 等 英
１ ５
文 章 编 号 ：０ ２ ７ １ （ ０ ２ ０ — ０ ５ １ １ ０ — ６ ０ 大 涡 模 拟
Ｈａ ｓｎ Ｈｅ ｄ ， （ ） ｓａ ｍｉａ 等 英
ｄ ｆｅ ｅ ｔｃ ｍｐ ｔ ｔ ｎ ｌｍｅ ｈ ｓｗｅ ｅ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ：ｃ ａ ｓ ，ｍｅ ｉ ｍ ｎ ｉ ｅ ｉ ｒ ｎ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｄ ｉ ｈ ｉ ｌｔ ｓ ｏ ｒ ｅ ｆ ｏ ｏ ｄ ｕ ａ ｄ ｆｎ ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｆｔ ｅｆｎ ｅ ｒ ｓ ｌ ｏ ｈ ｉ ｅ ｓ
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